Бесщеточная технология постоянного тока Dyson пылесосит со скоростью 104 000 об/мин.

Дайсонразработала бесщеточную технологию постоянного тока со скоростью 104 000 об/мин, чтобы объединить эффективность и технологичность в своем новейшем портативном пылесосе.

«Поскольку он двухполюсный, он очень прост, и когда вы заставляете его работать на высокой скорости, вы можете сделать его невероятно маленьким», — сказал Electronics Weekly Энди Клотье из Dyson. «КПД его составляет 84%, что очень много для такого небольшого размера. При таком напряжении и уровне мощности получить такой эффективный коллекторный двигатель очень сложно. Наш старый двигатель имел КПД 40%».

В целом двигатель, получивший название DDM (Dyson Digital Motor) V2, имеет диаметр 55,8 мм и вес 139 г.

В двигателе, который, как известно, сложно запустить предсказуемо, используются асимметричные полюса. «Нужно иметь достаточную известность на полюсах, чтобы все началось в правильном направлении», - сказал Клотье.

В случае с бесщеточными двигателями есть выбор: с датчиком или без датчика — включите магнитный датчик, который сообщит электронике, когда переключать полярность катушки, или используйте более мощный процессор и распознавайте положение ротора по противо-ЭДС.

«Мы разработали его, чтобы интегрировать электронику в двигатель. Это наименее затратный способ сделать это», — сказал Клотье. «Печатная плата находится именно в том месте, где можно разместить датчик Холла».

Управление осуществляется с помощью простого 8-битного микроконтроллера Microchip, который не имеет специальных периферийных устройств для управления двигателем, говорит Клотье: «Мы использовали нашу собственную технологию управления двигателем. Чтобы получить максимальную отдачу, мы обеспечиваем постоянную мощность двигателя независимо от скорости и напряжение аккумулятора».

Регулирование мощности в основном осуществляется в разомкнутом контуре и определяется на основе детальных данных о динамике двигателя и крыльчатки в сочетании со скоростью двигателя, полученной с помощью датчика Холла. Выполняется до 3300 регулировок в секунду.

Аккумулятор представляет собой шесть или четыре литий-ионных элемента в зависимости от модели пылесоса: DC31 (на фото) или DC30 соответственно.

До 10А при 20В и до 13А при падении напряжения аккумулятора включается в двигатель Н-мостом из МОП-транзисторов.

Чтобы ток менял направление достаточно быстро при таком низком напряжении питания, необходимы обмотки с низкой индуктивностью — в данном случае две катушки, намотанные параллельно.

Весь двигатель, а также его механическая и воздушная среда были тщательно смоделированы.

«Именно здесь была проделана большая часть работы: мы разработали собственные инструменты моделирования для моделирования всего двигателя, включая его электронику», — сказал Клотье. «Мы также использовали коммерческое программное обеспечение для конечных элементов для выборочных проверок и детальной работы, но 90% из них было разработано с помощью нашего собственного программного обеспечения».

Моделирование, например, показало, что ротор с постоянным магнитом из спеченного неодима достаточно мал и не нуждается в втулке из углеродного волокна, чтобы не дать ему разлететься на полной скорости.

«Это такая вещь, которая выглядит простой и требует большой работы», — сказал Мэтью Чайлд в интервью Electronics Weekly. «Мы смоделировали динамику двигателя и убедились, что он устойчив к вибрации во всем диапазоне ускорений, проверили акустический шум и резонансы».

Команда также создала прототипы, которые были протестированы с использованием акселерометров и лазерных инструментов смещения, а затем предоставили результаты. «На протяжении всего процесса вы учитесь улучшать и адаптировать процесс моделирования», — сказал Чайлд.

Высокая скорость вращения означает, что рабочее колесо может быть небольшим, но означает, что оно подвергается высоким нагрузкам. «Большинство людей будут использовать алюминий», — сказал Чайлд. «С помощью моделирования мы спроектировали максимально возможное напряжение и поэтому можем сделать рабочее колесо из полимера, армированного углеродным волокном».

Пластиковое рабочее колесо и стальной вал исключают возможность сварки. «Все в пылесосе зависит от сцепления», — сказал Чайлд. «У нас был инженер, который два года работал над клеями для продукта».

Двигатель получил название DDM (Dyson Digital Motor) V2.

То, что фактически называлось DDM V1, на самом деле было названоX020и представляет собой переключаемое сопротивление, используемое в сушилке для рук Airblade компании.